أثار اكتشاف الكواكب الخارجية العملاقة حول الكواكب Kepler-1625b وKepler-1708b تساؤلات. وكما يمكننا أن نفترض أن النجوم في درب التبانة لديها كواكب تدور حولها، فإن الأقمار حول هذه الكواكب الخارجية لا ينبغي أن تكون غير شائعة. وهذا يزيد من صعوبة اكتشافهم. حتى الآن، من بين أكثر من 5300 كوكب خارجي معروف، تم العثور على اثنين فقط لهما أقمار.
اكتشف الباحثون آثارًا لمثل هذه الأقمار الصناعية لأول مرة في عمليات رصد الكوكبين Kepler-1625b وKepler-1708b بواسطة تلسكوبي كيبلر وهابل الفضائيين. والآن، تلقي دراسة جديدة ظلالاً من الشك على تلك الادعاءات السابقة. وذكر علماء من معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي ومرصد سونينبرغ في ألمانيا في مجلة Nature Astronomy أن التفسير "الكواكبي النقي" للملاحظات أكثر إقناعا.
وخلال التحليل، استخدم الباحثون خوارزمية الكمبيوتر المطورة حديثًا باندورا، والتي تسهل وتسرع عملية البحث عن سحب الغاز الخارجية. كما بحثوا أيضًا في أنواع الأقمار الخارجية التي يمكن اكتشافها من حيث المبدأ في عمليات الرصد الفلكية الحديثة، وكانت إجاباتهم صادمة.
Exomats: ظاهرة نادرة في الملاحظة
في نظامنا الشمسي، حقيقة أن الكوكب يدور حول قمر صناعي واحد أو أكثر هي القاعدة وليس الاستثناء: باستثناء عطارد والزهرة، فإن كل كوكب آخر لديه مثل هؤلاء الرفاق؛ وفي حالة العملاق الغازي زحل، اكتشف الباحثون 140 قمرا صناعيا طبيعيا حتى الآن. ولذلك، يعتقد العلماء أن الكواكب الموجودة في الأنظمة النجمية البعيدة قد يكون لها أقمار أيضًا. ومع ذلك، حتى الآن، هناك حالتان فقط تحتويان على دليل على وجود مثل هذه الأقمار الخارجية: Kepler-1625b وKepler-1708b. وهذا العائد المنخفض ليس مفاجئا. ففي نهاية المطاف، الأقمار البعيدة أصغر بكثير من نجومها الأم، وبالتالي يصعب اكتشافها. علاوة على ذلك، فإن البحث عن أدلة على وجود الأقمار في عمليات رصد الآلاف من الكواكب الخارجية يستغرق وقتًا طويلاً للغاية.
ولجعل عمليات البحث أسهل وأسرع، استخدم مؤلفو الدراسة الجديدة خوارزمية بحث تسمى Pandora. لقد نشروا طريقتهم في العام الماضي، مما جعل كود الخوارزمية مفتوح المصدر متاحًا لجميع الباحثين. عند تطبيقها على عمليات الرصد من Kepler-1625b وKepler-1708b، تكون النتائج مفاجئة.
وقال عالم MPS الدكتور رينيه هيلر، المؤلف الأول للدراسة الجديدة: "أردنا تأكيد اكتشاف الأقمار الخارجية حول Kepler-1625b وKepler-1708b، لكن للأسف أظهر تحليلنا عكس ذلك".
قبل خمس سنوات، تصدر الكوكب الشبيه بالمشتري Kepler-1625b عناوين الأخبار. أفاد باحثون في جامعة كولومبيا في نيويورك أن هناك دليلا قاطعا على أن في مداره قمرا ضخما بأبعاد من شأنها أن تقزم جميع الأقمار الصناعية في النظام الشمسي. وقام العلماء بتحليل بيانات من تلسكوب كيبلر الفضائي التابع لناسا، والذي رصد أكثر من 100 ألف نجم وأكثر من 2000 كوكب خارج المجموعة الشمسية خلال مهمته الأولى من عام 2009 إلى عام 2013.
ومع ذلك، في السنوات التي تلت اكتشافه عام 2018، أجبر المرشح ككوكب خارج المجموعة الشمسية علماء الفلك على لعب نسخة كونية من لعبة الغميضة. أولاً، بعد أن تم تنظيف بيانات كيبلر من ضوضاء النظام، اختفت. ومع ذلك، كشفت المزيد من الملاحظات باستخدام تلسكوب هابل الفضائي عن أدلة. في العام الماضي، حصل هذا المرشح غير العادي لكوكب خارج المجموعة الشمسية على رفيق: قمر عملاق آخر، أكبر بكثير من الأرض، يدور حول كوكب بحجم المشتري Kepler-1708b، وفقًا لباحثين في نيويورك.
المهمة المعقدة المتمثلة في الكشف عن الأقمار الخارجية
وأوضح الدكتور رينيه هيلر: "الكائنات الغريبة بعيدة جدًا لدرجة أننا لا نستطيع رؤيتها مباشرة، حتى باستخدام أقوى التلسكوبات الحديثة".
تسجل التلسكوبات التقلبات في سطوع النجوم البعيدة في سلسلة زمنية تسمى منحنى الضوء. ثم بحث الباحثون عن علامات وجود أقمار صناعية في منحنيات الضوء هذه. إذا مر كوكب خارج المجموعة الشمسية أمام نجم، فإنه سيعتتم النجم بمقدار صغير كما يُرى من الأرض. وتسمى هذه الظاهرة بالعبور، وتتكرر بانتظام مع دورة كوكب يدور حول نجم. سيكون للكواكب الخارجية المصاحبة لهذا الكوكب تأثير تعتيم مماثل. ومع ذلك، فإن أثره على منحنى الضوء سيكون أضعف بكثير.
علاوة على ذلك، فإن هذا التعتيم الإضافي في منحنى الضوء سيتبع نمطًا معقدًا إلى حد ما بسبب حركة القمر والكواكب حول مركز ثقلها المشترك. بالإضافة إلى ذلك، هناك تأثيرات أخرى يجب أخذها في الاعتبار، مثل خسوف الكواكب والقمر، وتغيرات السطوع الطبيعي في النجوم، ومصادر أخرى للضوضاء المتولدة أثناء قياسات التلسكوب.
ومع ذلك، من أجل الكشف عن الأقمار، قام الباحثون في نيويورك وزملاؤهم الألمان أولاً بحساب الملايين من منحنيات الضوء "الاصطناعية"، بما في ذلك الأحجام والمسافات المتبادلة والاتجاهات المدارية لجميع الكواكب والأقمار المحتملة. تقوم الخوارزمية بعد ذلك بمقارنة منحنيات الضوء المحاكاة هذه بمنحنيات الضوء المرصودة، بحثًا عن أفضل تطابق. استخدم باحثون من جامعتي غوتنغن وسونبيرغ خوارزمية باندورا مفتوحة المصدر. تم تحسين خوارزمية "باندورا" للبحث عن الكواكب الخارجية وحل هذه المهام بأوامر من حيث الحجم بشكل أسرع من الخوارزميات السابقة.
لا يوجد حتى الآن أي أثر للقمر الصناعي
وفي حالة Kepler-1708b، وجد علماء الفلك الألمان الآن أن غياب القمر يمكن أن يفسر الملاحظات بدقة مثل وجود قمر. مايكل هيبكي من مرصد سونيبيرج هو أحد المؤلفين المشاركين في الدراسة الجديدة. "لا تشير هذه البيانات إلى وجود قمر خارجي حول Kepler-1708b."
هناك الكثير من الأدلة على أن Kepler-1625b ليس لديه قمر عملاق أيضًا. في السابق، رصد كبلر وهابل الكوكب وهو يمر أمام نجمه. يعتقد الباحثون الألمان الآن أن تغيرات السطوع اللحظية للنجم عبر قرصه، أو ما يسمى تأثير تعتيم الحافة النجمية، لها تأثير حاسم على إشارة القمر الخارجي المقترحة.
يبدو تأثير تعتيم الحافة مختلفًا عند مراقبة النجم الأم لـ Kepler-1625b من خلال تلسكوبات Kepler أو Hubble. وذلك لأن كبلر وهابل حساسان للغاية للأطوال الموجية المختلفة للضوء التي يتلقاها. ويعتقد الباحثون في جامعتي غوتنغن وسونبيرغ الآن أن نموذجهم لهذا التأثير يفسر البيانات بشكل أكثر قاطعة من الأقمار الخارجية العملاقة.
يُظهر تحليلهم الجديد الشامل أيضًا أن خوارزميات البحث عن الكواكب الخارجية غالبًا ما تنتج نتائج غير موثوقة. مرارًا وتكرارًا "اكتشفوا" القمر بينما في الواقع كان الكوكب فقط هو الذي يمر عبر نجمه المضيف. بالنسبة لمنحنى خفيف مثل Kepler-1625b، قد يكون معدل "الإصابة الخاطئة" حوالي 11%. وقال هيلر: "إن الادعاءات السابقة التي قدمها زملائنا من نيويورك كانت نتيجة عمليات البحث عن أقمار حول عشرات الكواكب الخارجية". "بناء على تقديراتنا، فإن النتائج غير الموثوقة ليست مفاجئة على الإطلاق، بل كانت متوقعة تقريبا."
قمر صناعي غريب
استخدم الباحثون أيضًا خوارزميتهم للتنبؤ بأنواع الكواكب الخارجية الفعلية التي يمكن اكتشافها بوضوح من خلال المنحنيات الضوئية للبعثات الفضائية مثل كيبلر. ووفقا لتحليلهم، فإن التكنولوجيا الحالية لا يمكنها إلا اكتشاف أقمار كبيرة بشكل خاص تدور حول كواكب في مدارات واسعة. بالمقارنة مع أقمار النظام الشمسي المألوفة، فإن هذه الأقمار تعتبر غريبة: فهي على الأقل ضعف حجم جانيميد، أكبر قمر في النظام الشمسي، وبالتالي بحجم الأرض تقريبًا.
وقال هيلر: "الملاحظات المستقبلية، مثل الأقمار الخارجية الأولى التي اكتشفتها بعثة بلاتو، ستكون بالتأكيد غير عادية للغاية وبالتالي من المثير استكشافها".
المصدر المجمع: ScitechDaily